AMB (Soldadura Activa de Metal) es un método de sellado de cerámica y metales desarrollado con base en la tecnología DBC.
En comparación con los sustratos DBC tradicionales, los sustratos cerámicos preparados mediante el proceso AMB no solo presentan una mayor conductividad térmica y una mejor adhesión de la capa de cobre, sino que también presentan ventajas como una menor resistencia térmica y una mayor fiabilidad. Además, dado que su proceso se puede completar en un solo calentamiento, es fácil de operar, tiene un ciclo de tiempo corto, un buen rendimiento de sellado y una amplia gama de aplicaciones para cerámicas. Por ello, este proceso se ha desarrollado rápidamente tanto a nivel nacional como internacional y se ha convertido en un método de uso común en dispositivos electrónicos.
Descripción del proceso AMB
El AMB consiste en añadir elementos activos al material de soldadura, formar una capa de reacción sobre la superficie cerámica mediante una reacción química y mejorar la humectabilidad del material sobre la superficie cerámica, de modo que la cerámica y el metal puedan soldarse y sellarse directamente.
Normalmente, el contenido de elementos activos se encuentra entre el 2 % y el 8 % con una buena actividad. Cuando el contenido de elementos activos es demasiado alto, aumenta la fragilidad del material de soldadura, reduciendo así la resistencia de la superficie de sellado. Cuando el contenido de elementos activos es demasiado bajo, disminuye la humectabilidad del material de soldadura sobre la cerámica, dificultando el sellado.
Tres tipos de materiales cerámicos de AMB
El revestimiento cerámico producido mediante el proceso AMB se utiliza principalmente en módulos semiconductores de potencia como sustrato de chips de potencia basados en silicio y carburo. Actualmente, los sustratos cerámicos AMB más desarrollados son principalmente: alúmina, nitruro de aluminio y nitruro de silicio.
Actualmente, los sustratos cerámicos revestidos de cobre Al₂O₃ se utilizan principalmente en dispositivos de disipación de calor de baja potencia, como LED. Los sustratos cerámicos revestidos de cobre AlN y Si₃N₄ se utilizan principalmente en módulos IGBT de alta potencia, como los de ferrocarriles de alta velocidad y generación de energía eólica.
1. Sustrato cerámico de Al₂O₃
Las cerámicas de Al₂O₃ se encuentran ampliamente disponibles y tienen el menor costo. Son los sustratos cerámicos AMB más rentables, con el proceso más desarrollado. Presentan excelentes características como alta resistencia, alta dureza, resistencia a altas temperaturas, resistencia a la corrosión, resistencia al desgaste y buen aislamiento.
Sin embargo, debido a la baja conductividad térmica y la limitada capacidad de disipación de calor de las cerámicas de alúmina, los sustratos de alúmina AMB se utilizan principalmente en campos con baja densidad de potencia y sin requisitos estrictos de confiabilidad.
2. Sustrato cerámico de AlN
La cerámica de AlN presenta mejores propiedades que los sustratos tradicionales de Al₂O₃ y BeO gracias a su alta conductividad térmica (conductividad térmica teórica de 319 W/(m·K)), baja constante dieléctrica, coeficiente de expansión térmica similar al del silicio monocristalino y buen aislamiento eléctrico, lo que la convierte en un material ideal para el encapsulado de sustratos de circuitos en la industria microelectrónica.
Actualmente, los sustratos cerámicos de nitruro de aluminio (AMB-AlN) que utilizan el proceso AMB se utilizan principalmente en semiconductores de potencia de alta tensión y alta corriente, como ferrocarriles de alta velocidad, convertidores de alta tensión y transmisión de CC. Sin embargo, debido a su resistencia mecánica relativamente baja, la vida útil de los sustratos revestidos de cobre AMB-AlN a altas y bajas temperaturas es limitada, lo que limita su rango de aplicación.
3. Sustrato cerámico Si3N4
Los sustratos cerámicos AMB-SiN presentan una alta conductividad térmica (>90 W/(m·K)), una capa de cobre gruesa (hasta 800 μm) y una alta capacidad térmica y transferencia de calor. En particular, al soldar una capa de cobre más gruesa a una cerámica AMB-SiN relativamente delgada, esta presenta una mayor capacidad de conducción de corriente y una mejor transferencia de calor.
Además, el coeficiente de expansión térmica del sustrato cerámico AMB-SiN (2,4 ppm/K) es cercano al del chip de SiC (4 ppm/K), que presenta una buena adaptación térmica y es adecuado para un encapsulado fiable de chips desnudos.
Actualmente, el sustrato cerámico AMB-SiN es el material de sustrato preferido para aplicaciones como vehículos de nuevas energías, inversores fotovoltaicos, turbinas eólicas y dispositivos de transmisión de CC de alta tensión que requieren alta fiabilidad, alta disipación de calor y descargas parciales.
Según las estadísticas, los sustratos cerámicos utilizados para semiconductores de potencia superiores a 600 V son principalmente DBC y AMB pProcesos, entre los cuales los sustratos de nitruro de silicio AMB se utilizan principalmente para semiconductores de potencia de vehículos eléctricos (VE) e híbridos (HV), y los sustratos de nitruro de aluminio AMB se utilizan principalmente para semiconductores de potencia de alto voltaje y alta corriente, como ferrocarriles de alta velocidad, convertidores de alto voltaje y transmisión de CC.
Conclusión
La demanda del mercado de sustratos cerámicos AMB ha aumentado, entre los cuales el rápido crecimiento de los vehículos eléctricos, la instalación acelerada de SiC y el rápido crecimiento de los vehículos de nuevas energías son los principales factores impulsores.
Si tiene alguna pregunta sobre el sustrato AMB, contáctenos en sales@innovacera.com.
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